(57)【要約】【課題】ステアリングホイールの操舵角に対する前輪の切れ角を可変制御する前輪操舵装置に関し、簡素な構成により、省スペース化できるようにするとともにフェイルセイフを確保できるようにする。【解決手段】ステアリングホイール５１にモータ５５を固定し、このモータ５５の出力軸５５ａに固定した第１のギヤ５６と、ステアリングシャフト５２に固定した第２のギヤ５７とを噛み合わせることにより、ステアリングホイール５１とステアリングシャフト５２とを連結する構成にする。【選択図】        図１
2005035363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操舵角に対する前輪の切れ角を可変制御する前輪操舵装置であって、
該ステアリングホイールに固定されたモータと、
該モータの出力軸に固定された第１のギヤと、
該前輪に接続されたステアリングシャフトと、
該ステアリングシャフトに固定された第２のギヤとをそなえ、
該ステアリングホイールと該ステアリングシャフトとが、該第１のギヤと該第２のギヤとの噛み合いにより連結されている
ことを特徴とする、前輪操舵装置。
【請求項２】
該第１のギヤは、該モータの回転駆動力により該第２のギヤを回転可能に構成されるとともに、該第２のギヤから回転駆動力が入力されても回転不能に構成されている
ことを特徴とする、請求項１記載の前輪操舵装置。
【請求項３】
該第１のギヤはピニオンギヤであり、該第２のギヤはハイポイドギヤである
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の前輪操舵装置。
【請求項４】
該第１のギヤはウォームギヤであり、該第２のギヤはウォームホイールである
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の前輪操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールの操舵角に対する前輪の切れ角を可変制御する前輪操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば自動車等の車両において、ハンドル（ステアリングホイール）の操舵角に対する前輪の切れ角の比（減速比又はステアリングギヤ比）を可変にする可変ギヤ比制御や、ハンドルの操舵角に対する前輪の切れ角の位相を進ませる前輪位相進み制御を行なう前輪操舵装置が開発されている。
【０００３】
可変ギヤ比制御は、例えば車両の低速走行時、ハンドルと前輪との間の減速比を一般の減速比よりも小さくなるように制御し、また、車両の高速走行時、ハンドルと前輪との間の減速比を一般の減速比よりも大きくなるように制御するものである。このような可変ギヤ比制御を行なうことで、車両の低速走行時にはドライバのハンドルの操作負担を低減することができ、また、車両の高速走行時にはハンドル操作の安定性を向上させることができる。
【０００４】
一方、前輪位相進み制御は、ハンドルの操舵角に対する前輪の切れ角の位相を、ハンドル角速度に応じて微小時間だけ進めるように制御するもので、この前輪位相進み制御を行なうことにより、ハンドル操作に対する車両の応答遅れを低減することができる。
また、これら可変ギヤ比制御及び前輪位相進み制御は、ハンドルの操舵角に対する前輪の切れ角を可変にすることにより実現できる。
【０００５】
ここで、従来の前輪操舵装置の一例を説明すると、例えば図５に示すように、従来の前輪操舵装置３０Ａは、一端をハンドル１に固定され、他端を左右の前輪３，３（以下、まとめて前輪３として示す）に接続されたステアリングシャフト２の中間部に差動機構６が介装されている。なお、この差動機構６は車体５に固定されている。
【０００６】
また、ステアリングシャフト２と前輪３とはラック・ピニオン機構（減速機構）４を介して接続されており、このラック・ピニオン機構４によりステアリングシャフト２の回転が減速されて前輪３に入力されるようになっている。
ステアリングシャフト２は、ハンドル１側のステアリングシャフト（以下、第１シャフトという）２ａと、前輪３側のステアリングシャフト（以下、第２シャフトという）２ｂとに切り離されており、第１シャフト２ａの回転が差動機構６を介して第２シャフト２ｂに入力されるようになっている。
【０００７】
具体的には、第１シャフト２ａと第１リングギヤ７との間に複数の第１遊星ギヤ８ａ，８ｂ（図５では２つの第１遊星ギヤ８ａ，８ｂのみ示す）が介装されているとともに、第２シャフト２ｂと第２リングギヤ９との間に複数の第２遊星ギヤ１０ａ，１０ｂ（図５では２つの第２遊星ギヤ１０ａ，１０ｂのみ示す）が介装されている。また、第１遊星ギヤ８ａと第２遊星ギヤ１０ａとは連結軸１１ａにより連結され、この連結軸１１ａにそれぞれ回転可能に支持されている。また、第１遊星ギヤ８ｂと第２遊星ギヤ１０ｂとは連結軸１１ｂにより連結され、この連結軸１１ｂにそれぞれ回転可能に支持されている。さらに、第１リングギヤ７は車体５に固定されている一方、第２リングギヤ９は、モータ１２の出力軸に固定されたウォームギヤ１３と噛み合い、モータ１２が回転駆動することにより第２シャフト２ｂを中心として回転可能になっている。
【０００８】
従来の前輪操舵装置３０Ａは、上述のように構成されているので、前輪操舵制御を行なわない場合には、モータ１２の駆動を停止してウォームギヤ１３と第２リングギヤ９とを固定状態とする。これにより、ハンドル１の操舵が、第１シャフト２ａ，第１遊星ギヤ８ａ（８ｂ），第２遊星ギヤ１０ａ（１０ｂ）を介して第２シャフト２ｂに入力される。つまり、この場合の差動機構６の減速比は、第１遊星ギヤ８ａ（８ｂ）と第２遊星ギヤ１０ａ（１０ｂ）との径により決まる。なお、図５では第１遊星ギヤ８ａ（８ｂ）と第２遊星ギヤ１０ａ（１０ｂ）との径が等しいので、差動機構６による減速は行なわれない。従って、ハンドル１の操舵角と第２シャフト２ｂの舵角は等しく、ハンドル１の操舵角に対する前輪３の切れ角は、ラック・ピニオン機構４の減速比で決まる。
【０００９】
一方、前輪操舵制御を行なう場合には、モータ１２を駆動して第２リングギヤ９を回転させて、ハンドル１の操舵角に、モータ１２の回転に応じた角度を加算した操舵角を第２シャフト２ｂへ入力する。つまり、モータ１２を回転駆動させることで、ハンドル１の操舵角に対する前輪３の切れ角を可変にすることができ、可変ギヤ比制御や前輪位相進み制御を行なうことができる。
【００１０】
なお、上述したような遊星ギヤ８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ等の差動機構６とモータ１２とをそなえた前輪操舵装置３０Ａは、例えば特許文献１に開示されている。
また、上記とは別の前輪操舵装置として、図６に示すようなモータ２０と波動歯車装置と称される特殊な減速機２１とをそなえた前輪操舵装置３０Ｂも開発されている。この前輪操舵装置３０Ｂでは、第１シャフト２ａがモータ２０のボディに固定され、このモータ２０の出力軸に減速機２１が接続され、この減速機２１に第２シャフト２ｂが固定されている。また、モータ２０と減速機２１とはステアリングシャフト２軸上に直列に接続されている。
【００１１】
このような構成により、前輪操舵制御を行なわない場合には、モータ２０の回転を停止することで第１シャフト２ａ，モータ２０，減速機２１，第２シャフト２ｂが固定状態となり一体となって回転することになるので、ハンドル１と第２シャフト２ｂとの間で減速は行なわれない。
一方、前輪操舵制御を行なう場合には、モータ２０を回転駆動させることにより、ハンドル１の操舵角に、モータ２０の回転に応じた角度を加算した操舵角を第２シャフト２ｂへ入力する。つまり、モータ２０を回転駆動させることで、ハンドル１の操舵角に対する前輪３の切れ角を可変にすることができ、可変ギヤ比制御や前輪位相進み制御を行なうことができる。
【００１２】
また、特許文献２には、図７に示すようなステアバイワイヤを用いた操舵制御装置３０Ｃが開示されている。この操舵制御装置３０Ｃでは、第１シャフト２ａと第２シャフト２ｂとの間には機械的結合がなく、第１シャフト２ａに固定された反力発生装置２５と、第２シャフト２ｂに固定されたモータ２６とを電気的に接続しており、反力発生装置２５からモータ２６へ電気信号を送信することによりモータ２６を制御するようになっている。このような操舵制御装置３０Ｃにより可変ギヤ比制御や前輪位相進み制御を行なうことも考えられる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−２６１２７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０８９１４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す従来の前輪操舵装置３０Ａでは、多数の遊星ギヤ８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂを介してハンドル１の操舵を前輪３へ伝達する構成になっているので遊星ギヤのフリクションが発生しやすく、また、このフリクションを小さくするためにギヤの間のクリアランスを大きくするとガタが発生してしまう。このため、ハンドル１操作のフィーリングがよくないという課題がある。
【００１５】
また、遊星ギヤ８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂは比較的高価であるため、コスト高になってしまうという課題もあるほか、部品数が多いため差動機構６の寸法が大きくなってしまうという課題があり、このため、差動機構６を設置するための広いスペースが必要となる。
また、従来の前輪操舵装置３０Ａでは、ウォームギヤ１３と第２リングギヤとからなるウォーム機構の特性により第２シャフト２ｂから入力される回転駆動力が第１シャフト２ａへ入力（増速入力）されることはないが、図６に示す従来の前輪操舵装置３０Ｂでは、前輪３側から入力があったときに増速されて回転がハンドル１に入力されるため、システムがフェイルした時に第２シャフト２ｂの回転が第１シャフト２ａに入力（増速入力）されるおそれがある。このため、図６に示すように、システムフェイル時のフェイルセイフ（安全性，信頼性）を確保するために第１シャフト２ａと第２シャフト２ｂとを適宜固定するロック機構２２が必要となるとともに、このロック機構２２の設置スペースが必要となる。さらに、上述した減速機２１は非常に高価であり、コスト高になってしまうという課題がある。
【００１６】
さらに、図７に示す操舵制御装置３０Ｃでは、ステアバイワイヤの構造により可変ギヤ比制御や前輪位相進み制御を行なうことは可能であるが、構造が複雑であり、また、第１シャフト２ａと第２シャフト２ｂとの間に機械的結合がないため、システムフェイル時のフェイルセイフの確保が困難であるという課題がある。
【００１７】
また、上述した各装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃでは、ステアリングシャフト２とステアリングシャフト２周りのボディとを専用に設計する必要があり、コスト高となる。さらに、一般に、車両の衝突時にはステアリングシャフト２が軸方向に潰れながら変形することで衝突エネルギーが吸収されるように設計されている（エネルギー吸収構造）、もしくはステアリングコラムが脱落するように設計されている（コラム脱落構造）が、各装置３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのようにモータや減速機などがステアリングシャフト２の中間部に設置されていると、これらモータや減速機などにより、ステアリングシャフト２のエネルギー吸収構造や、コラム脱落構造との両立が困難であるという課題がある。
【００１８】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成により、省スペース化できるようにするとともにフェイルセイフを確保できるようにした、前輪操舵装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の前輪操舵装置（請求項１）は、ステアリングホイールの操舵角に対する前輪の切れ角を制御する前輪操舵装置であって、ステアリングホイールにモータを固定し、このモータの出力軸に固定した第１のギヤと、ステアリングシャフトに固定した第２のギヤとを噛み合わせることにより、ステアリングホイールとステアリングシャフトとを連結する。
【００２０】
したがって、モータを停止させて第１のギヤと第２のギヤとを固定状態とし、この状態でステアリングホイールを操舵すると、ステアリングホイールの操舵が減速されずにステアリングシャフトに入力される。また、モータを回転駆動させることにより、ハンドルの操舵角に対する前輪の切れ角を制御できる。
また、第１のギヤは、モータの回転駆動力により第２のギヤを回転可能に構成されるとともに、第２のギヤから回転駆動力が入力されても回転不能に構成されていることが好ましい（請求項２）。
【００２１】
さらに、第１のギヤがピニオンギヤであり、第２のギヤがハイポイドギヤであることが好ましい（請求項３）。あるいは、第１のギヤがウォームギヤであり、第２のギヤがウォームホイールであることが好ましい（請求項４）。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１及び図２は本発明の一実施形態としての前輪操舵装置を説明するための模式図で、図１はその上面図、図２はその斜視図である。
本前輪操舵装置は、例えば自動車等の車両において、ハンドル（ステアリングホイール）５１の操舵角に対する左右の前輪５３，５３（以下、まとめて前輪５３として示す）の切れ角の比（即ち、減速比又はステアリングギヤ比）を可変にする可変ギヤ比制御や、ハンドル５１の操舵角に対する前輪５３の切れ角の位相を進ませる前輪位相進み制御などの前輪操舵制御を行なうものである。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本前輪操舵装置では、ステアリングシャフト５２の一端部５２ａが減速機構（ギヤ機構）５８を介してハンドル５１に接続され、ステアリングシャフト５２の他端部５２ｂはラック・ピニオン機構５４を介して前輪５３に接続されている。
また、ハンドル５１は、ハンドル本体５１ａと、主にハンドル本体５１ａが取り付けられるステアリングボス部５１ｂとをそなえたステアリングアセンブリとして構成されている。
【００２４】
ハンドル５１とステアリングシャフト５２との接続部分を具体的に説明すると、ステアリングボス５１ｂ内部には、ステアリングシャフト５２と略垂直に小型のモータ５５が固定されており、このモータ５５の出力軸５５ａにはウォームギヤ（ウォーム軸、第１のギヤ）５６が固定されている。また、ステアリングシャフト５２の一端部５２ａにはウォームホイール（第２のギヤ）５７が固定されており、このウォームホイール５７とウォームギヤ５６とが噛み合うことにより、ハンドル５１とステアリングシャフト５２とが接続されている。そして、上記のウォームギヤ５６とウォームホイール５７により減速機構５８が構成されている。また、モータ５５は、図示省略の制御部からの可変ギヤ比制御信号又は／及び前輪位相進み制御信号によりその駆動を制御されるようになっている。
【００２５】
このように、本前輪操舵装置は、ウォームギヤ５６とウォームホイール５７とからなる減速機構５８と、モータ５５とをハンドル５１に内装したことが特徴の１つとなっている。
本発明の一実施形態としての前輪操舵装置は、上述のごとく構成されているので、前輪操舵制御を行なわない場合は、モータ５５の駆動を停止してウォームギヤ５６とウォームホイール５７とを固定状態とする。つまり、減速機構５８による減速を行なうことなく、ハンドル５１の操舵をステアリングシャフト５２に直接入力する。この場合、ハンドル５１の操舵角に対する前輪５３の切れ角は、ラック・ピニオン機構５４の減速比で決まる。
【００２６】
一方、前輪操舵制御を行なう場合、モータ５５を駆動してウォームギヤ５６を回転させることでウォームホイール５７が回転するので、ハンドル５１の操舵は、減速機５８により減速されてステアリングシャフト２に入力される。つまり、ハンドル５１の操舵角に対するステアリングシャフト５２の舵角の比（即ち、ハンドル５１の操舵角に対する前輪５３の切れ角の比）を可変にすることができるとともに、ハンドル５１の操舵角に対するステアリングシャフト５２の舵角の位相（即ち、ハンドル５１の操舵角に対する前輪５３の切れ角の位相）も可変とすることができる。
【００２７】
上述したように、本前輪操舵装置によれば、簡素な構成により、従来と同様に可変ギヤ比制御及び前輪位相進み制御を行なうことが可能である。
また、減速機５８とモータ５５とをハンドル５１内に設けているので、省スペース化が実現できる。さらには、従来のようなステアリングシャフトの中間部に減速機やモータなどを介装する構成（図５及び図６参照）ではないので、エネルギー吸収構造やコラム脱落構造を適用することができ、車両の衝突時にドライバに加わる衝撃を吸収できる。即ち、安全性を向上させることができる。
【００２８】
さらに、本前輪操舵装置に係る減速機５８及びモータ５５は小型化が可能であるので、設置スペースを縮小できる。したがって、一般にステアリングボス５１ｂ内には運転席へ向かって膨出するエアバッグが内装されている場合が多いが、本前輪操舵装置はコンパクト化が可能であるので、ステアリングボス５１ｂ内のエアバッグが干渉しないスペースに設置することができる。
【００２９】
なお、従来の前輪操舵装置３０Ａに係る差動機構６（図５参照）は寸法が大きいため、この差動機構６をハンドル５１内に設けることは困難である。また、従来の前輪操舵装置３０Ｂに係るモータ２０及び減速機２１はステアリングシャフト２軸上に直列に接続されるもの（図６参照）であるため、これらモータ２０及び減速機２１をハンドル５１内に設けることはもちろん困難であり、たとえハンドル５１内に設けたとしてもエアバッグのスペースがなくなってしまう。
【００３０】
また、本前輪操舵装置では、ハンドル５１とステアリングシャフト５２とがウォームギヤ５６とウォームホイール５７とにより機械的に連結されているので、例えばモータ５５の故障などのシステムフェイル時でも、ハンドル５１が空回りすることがなく、ハンドル５１の操舵をステアリングシャフト５２へ確実に入力することが可能である。
【００３１】
さらに、減速機構５８としてのウォームギヤ５６とウォームホイール５７とからなるウォームギヤ機構を適用しているので、ステアリングシャフト５２からの入力によりモータ５５が回転するようなことがなく、ステアリングシャフト５２からハンドル５１への増速入力を防止できる。つまり、本前輪操舵装置では、従来のようなロック機構（図６中の符号２２）は必要ないのでコストを低減できるとともに、フェイルセイフを確実に確保することができ、システムフェイル時の安全性を向上させることができる。
【００３２】
さらに、本前輪操舵装置は、従来のような遊星ギヤを多数用いるというものではないので、フリクションを低減でき、ガタの発生を抑制できる。これにより、ハンドル５１操作のフィーリングを向上させることが可能であるとともに、部品数も比較的少なくて済むので低コストで製造できる。
また、本前輪操舵装置を従来車両に装備する場合、従来車両のハンドル部分を取り替えるだけでよいため、車体側の大きな設計変更は必要としない。従って、例えば図３に示すような形状のハンドル７０を適用することもできる。また、ハンドル操作時にモータを駆動することで、少ないハンドル操作量で操舵を行なうことができるため、操舵時にハンドルを持ち替える必要がなく、福祉車両等の種々の車両への適用が容易である。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本実施形態では、ハンドル５１とステアリングシャフト５２とを、ウォームギヤ５６とウォームホイール５７との噛み合いにより連結する構成としたが、図４に示すように、減速機構５８としてモータの出力軸（図示省略）に固定されたピニオンギヤ６０と高減速型のハイポイドギヤ６１とからなるギヤ機構（ハイポイドギヤ機構）を適用してもよく、このハイポイドギヤ機構によりハンドル５１とステアリングシャフト５２とを連結するようにしてもよい。このように構成すれば、本実施形態と同様の効果が得られるとともに、本実施形態に係るウォームギヤ５６とウォームホイール５７とからなるウォーム機構と比べて、長さｄ分だけ設置スペースを縮小することができるので、さらなるコンパクト化が可能となる。なお、このような高減速型のハイポイドギヤ６１では、ハイポイドギヤ６１からの入力によりピニオンギヤ６０が回転駆動されること、即ち、ステアリングシャフトからハンドルへの増速入力がないのはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の前輪操舵装置によれば、ステアリングホイールにモータが固定され、このモータの出力軸に固定された第１のギヤと、ステアリングシャフトに固定された第２のギヤとが噛み合うことにより、ステアリングホイールとステアリングシャフトとが連結されるという簡素な構成により、可変ギヤ比制御や前輪位相進み制御などの前輪操舵制御が可能であるとともに、省スペース化が実現できる。
【００３５】
また、ステアリングホイールとステアリングシャフトとが機械的に結合されるので、フェイルセイフ機能を確保できる。
さらに、部品数も比較的少なくて済むため低コストで製造できる。また、従来のようなステアリングシャフトの中間部にモータなどを介装する構成ではないので、エネルギー吸収構造やコラム脱落構造を適用することができ、車両の衝突時にドライバに加わる衝撃を吸収できる。即ち、安全性を向上させることができる。
【００３６】
請求項２〜４記載の本発明の前輪操舵装置によれば、ステアリングシャフトからの入力によりモータが回転するようなことがなく、ステアリングシャフトからハンドルへの増速入力を防止できる。
また、請求項３，４記載の本発明の前輪操舵装置によれば、設置スペースを縮小することができ、コンパクト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての前輪操舵装置を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の一実施形態としての前輪操舵装置を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の適用例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の変形例としてのギヤ機構を示す模式図である。
【図５】従来の前輪操舵装置の一例を示すもので、遊星ギヤ等の差動機構とモータとを利用した前輪操舵装置の概略構成図である。
【図６】従来の前輪操舵装置の一例を示すもので、減速機（波動歯車装置）とモータとを利用した前輪操舵装置の概略構成図である。
【図７】従来のステアバイワイヤを用いた操舵制御装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ハンドル
２  ステアリングシャフト
２ａ  第１シャフト
２ｂ  第２シャフト
３  前輪
４  ラック・ピニオン機構
５  車体
６  差動機構
７  第１リングギヤ
８ａ，８ｂ  第１遊星ギヤ
９  第２リングギヤ
１０ａ，１０ｂ  第２遊星ギヤ
１１ａ，１１ｂ  連結軸
１２  モータ
１３  ウォームギヤ
２０  モータ
２１  減速機
２２  ロック機構
２５  反力発生装置
２６  モータ
３０Ａ，３０Ｂ  従来の前輪操舵装置
３０Ｃ  操舵制御装置
５１  ハンドル（ステアリングホイール）
５１ａ  ハンドル本体
５１ｂ  ステアリングボス
５２  ステアリングシャフト
５２ａ  ステアリングシャフトの一端部
５２ｂ  ステアリングシャフトの他端部
５５  モータ
５６  ウォームギヤ（第１のギヤ）
５７  ウォームホイール（第２のギヤ）
５８  減速機構
６０  ピニオンギヤ（第１のギヤ）
６１  ハイポイドギヤ（第２のギヤ）
７０  ハンドル
【図１】
2005035363.tif 000003
【図２】
2005035363.tif 000004
【図３】
2005035363.tif 000005
【図４】
2005035363.tif 000006
【図５】
2005035363.tif 000007
【図６】
2005035363.tif 000008
【図７】
2005035363.tif 000009